Sebuah Jalan Baru: Reaktor Tak Tunak

Kebanyakan proses kimia dirancang untuk beroperasi pada kondisi tunak (steady state). Reaktor yang sering digunakan secara luas dalam industri kimia pun biasanya dioperasikan pada kondisi tunak. Variabel proses pada reaktor dijaga pada kondisi konstan (tertentu) yang merupakan kondisi optimal untuk mendapatkan selektivitas dan konversi maksimal. Namun, dalam kenyataan beberapa variabel proses bervariasi seiring dengan waktu, dan rancangan keadaan tunak didasarkan pada nilai rata-rata dari kuantitas variabel yang berubah-ubah ini.

Kajian terbaru dari para peneliti menunjukkan bahwa operasi reaktor dinamik (tak tunak) pada beberapa kasus bisa menghasilkan produk reaksi yang lebih banyak atau distribusi produk yang lebih berarti dibanding reaktor keadaan tunak (Silveston, 1998). Pada kondisi tunak, katalis yang digunakan cenderung mengalami penjenuhan sehingga laju reaksi katalitik pada permukaan katalis menurun. Pada kondisi ini, selektivitas dan konversi reaksi mengalami penurunan. Fakta ini tentunya membuka jalan baru dalam pengembangan sebuah operasi proses kimia. Sebuah penemuan yang tentunya mampu menenggelamkan persepsi banyak orang yang cenderung lebih menyukai operasi tunak dalam proses kimia.

Perubahan variabel proses terutama temperatur terhadap waktu dapat mempertahankan laju reaksi di permukaan katalis pada kondisi optimal. Silveston (1998) mengemukakan bahwa peningkatan konversi dan selektivitas berawal dari perubahan secara temporer pada luas permukaan katalis yang aktif. Pada reaksi multiproduk, luas permukaan mempengaruhi distribusi produk yang dihasilkan. Situasi yang sangat diharapkan adalah luas permukaan katalis yang aktif sesuai dengan stoikiometri reaksi yang diinginkan terjadi ketika reaksi berlangsung (Budhi, 2005).

 Gambar 1. Reverse-flow oxidation catalyst reactor

Pada reaksi fasa gas berkatalis heterogen dalam unggun diam, kelakuan transien (tak tunak) memberikan kesempatan untuk menimbulkan perubahan dinamis permukaan katalis sehingga mempengaruhi laju reaksi katalitik. Prinsip ini telah dikembangkan melalui penggunaan siklus umpan (feed cycling) untuk meningkatkan konversi atau selektivitas reaktor (Silveston,1998). Reaktor tak tunak juga telah diaplikasikan dalam beberapa proses, seperti oksidasi parsial metan dalam reverse flow reactor pada Gambar 1, oksidasi zat aromatik seperti o-xylen dan toluen, reduksi VOC (volatile organic compound) dalam gas buang, dan sebagainya (Budhi, 2005).

Pengubahan secara periodik beberapa parameter kondisi reaktor seperti temperatur dan konsentrasi umpan juga dapat mengatasi keterbatasan operasional reaktor dari segi terrmodinamika dan kinetika reaksi.

Faktor terpenting dalam pengoperasian reaktor tak tunak adalah skala waktu pemberian gangguan (switching time). Switching time (ST) merupakan salah satu variabel operasi yang berpengaruh terhadap kinerja reaktor. Reaktor-reaktor tak tunak dapat dikategorikan menjadi tiga daerah operasi, yaitu (1) daerah operasi quasi steady state, adalah daerah di mana ST jauh lebih besar daripada waktu yang dibutuhkan sistem untuk merespon gangguan (t_r), sehingga sistem akan mudah merespon gangguan yang diberikan dan mencapai kondisi tunak; (2) relaxed steady state atau biasa disebut daerah sliding, adalah daerah di mana ST jauh lebih kecil dari t_r, gangguan yang diberikan tidak akan mempengaruhi sistem karena dinamika proses sangat lambat dan sistem seolah-olah berada dalam kondisi tunak; dan (3) daerah dinamik, ST hampir mendekati t_r, dengan demikian variabel sistem akan berubah-ubah tiap waktu sehingga sistem tidak akan pernah mencapai kondisi tunak (adanya efek resonansi akibat gangguan). Kondisi (3) adalah kondisi yang cukup menarik untuk diamati karena sifat tidak tunak sistem terus berlangsung selama proses (Habibi, 2010).

Sumber:

1. Budhi, Y.W., (2005): Reverse Flow Reactor Operation for Control of Catalyst Surface Coverage, Ph.D. Dissertation, Eindhoven University of Technology
2. Habibi, M. (2010): Kelakuan Dinamik Konverter Katalitik Kendaraan Bermotor untuk Oksidasi CO Menggunakan Katalis Pt/g-Al₂O_3­ pada Kondisi Hot-Run, Laporan Penelitian, Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Bandung
3. Sia,S. dan Wangsa, A., (2011): Pengolahan Emisi Gas Buang Mesin Biodiesel Secara Dinamik Menggunakan Konverter Katalitik. Laporan Finalis Lomba Inovasi Sains dan Teknologi. Institut Teknologi Bandung
4. Silveston, P.L., (1998): Composition Modulation of Catalytic Reactors, Gordon and Breach, Ontario